Magnetofección

El término magnetofección, actualmente registrado como marca por la empresa OZ Biosciences, combina las palabras magnético y transfección. ^{[ 2 ]} La magnetofección utiliza ácidos nucleicos asociados a nanopartículas magnéticas . Estos complejos moleculares se concentran y transportan al interior de las células mediante un campo magnético aplicado .

Las nanopartículas magnéticas se fabrican típicamente a partir de óxido de hierro , que es totalmente biodegradable, utilizando métodos como la coprecipitación o la microemulsión . ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Las nanopartículas se combinan luego con vectores genéticos ( ADN , siRNA , ODN , virus , etc.). Un método consiste en unir partículas virales a partículas magnéticas mediante una interacción avidina - biotina . ^{[ 5 ]} Los virus también pueden unirse a las nanopartículas mediante interacción hidrofóbica . ^{[ 6 ]}

Otro método de síntesis consiste en recubrir nanopartículas magnéticas con lípidos o polímeros catiónicos mediante agregación inducida por sal. Por ejemplo, las nanopartículas pueden conjugarse con polietilenimina (PEI) , un polímero con carga positiva que se utiliza comúnmente como agente de transfección. ^{[ 7 ]} La ​​solución de PEI debe tener un pH alto durante la síntesis para favorecer una alta expresión génica. ^{[ 8 ]} Las nanopartículas con carga positiva pueden entonces asociarse con ácidos nucleicos con carga negativa mediante interacción electrostática . ^{[ 9 ]}

Las partículas magnéticas cargadas con vectores se concentran en las células diana mediante la influencia de un campo magnético externo. Posteriormente, las células incorporan el material genético de forma natural mediante endocitosis y pinocitosis . En consecuencia, la arquitectura y la estructura de la membrana permanecen intactas, a diferencia de otros métodos de transfección física como la electroporación o los cañones génicos, que dañan la membrana celular. ^{[ 10 ]}

Posteriormente, los ácidos nucleicos se liberan en el citoplasma mediante diferentes mecanismos, dependiendo de la formulación utilizada:

1. el efecto de esponja de protones causado por polímeros catiónicos recubiertos en las nanopartículas que promueven la hinchazón osmótica del endosoma , la ruptura de la membrana del endosoma y la liberación intracelular de ADN,
2. la desestabilización del endosoma por lípidos catiónicos recubiertos en las partículas que liberan el ácido nucleico en las células mediante el volteo de lípidos negativos celulares y la neutralización de carga y
3. el mecanismo de infección viral.

La magnetofección funciona con células que no se dividen o se dividen lentamente, lo que significa que el material genético puede llegar al núcleo celular sin división celular . ^{[ 11 ]}

El acoplamiento de nanopartículas magnéticas a vectores genéticos produce un aumento de cientos de veces en la captación de estos vectores en una escala de tiempo de minutos, lo que conduce a una alta eficiencia de transfección. ^{[ 20 ]} Los complejos de vector genético y nanopartículas magnéticas se transfectan en las células después de 10 a 15 minutos, lo que es más rápido que las 2 a 4 horas que requieren otros métodos de transfección. ^{[ 21 ]} Después de 24, 48 o 72 horas, la mayoría de las partículas se localizan en el citoplasma , en vacuolas (estructuras rodeadas de membranas en las células) y ocasionalmente en el núcleo celular . ^{[ 22 ]}

Las nanopartículas magnéticas no se agregan fácilmente una vez que se retira el imán y, por lo tanto, es poco probable que bloqueen los capilares o causen trombosis . ^{[ 23 ]} Además, el óxido de hierro es biodegradable y el hierro puede reutilizarse en la hemoglobina o en las vías metabólicas del hierro. ^{[ 24 ] [ 25 ]}

La síntesis de nanopartículas magnéticas a veces puede dar lugar a una amplia gama de partículas de diferentes tamaños. ^{[ 26 ]} El tamaño de las partículas puede influir en su utilidad. En concreto, las nanopartículas de menos de 10  nm o de más de 200  nm tienden a eliminarse del cuerpo más rápidamente. ^{[ 27 ]}

Si bien los imanes pueden utilizarse para localizar nanopartículas magnéticas en las células deseadas, este mecanismo puede ser difícil de mantener en la práctica. Las nanopartículas pueden concentrarse en un espacio bidimensional, como en una placa de cultivo o en la superficie del cuerpo, pero puede ser más difícil localizarlas en el espacio tridimensional del cuerpo. La magnetofección no funciona bien para órganos o vasos sanguíneos alejados de la superficie del cuerpo, ya que el campo magnético se debilita con la distancia. ^{[ 28 ] [ 29 ]} Además, el usuario debe considerar la frecuencia y el momento de aplicación del campo magnético, ya que las partículas no necesariamente permanecerán en la ubicación deseada una vez que se retire el imán. ^{[ 30 ]}

Si bien el óxido de hierro utilizado para fabricar nanopartículas es biodegradable, la toxicidad de las nanopartículas magnéticas aún está bajo investigación. Algunas investigaciones no han encontrado indicios de daño celular, mientras que otras afirman que  las nanopartículas pequeñas (< 2 nm) pueden difundirse a través de las membranas celulares y alterar los orgánulos. ^{[ 31 ] [ 32 ]}

Además, concentraciones muy altas de óxido de hierro pueden alterar la homeostasis y provocar una sobrecarga de hierro , lo que puede dañar o alterar el ADN, afectar las respuestas celulares y matar las células. ^{[ 33 ]} Los lisosomas también pueden digerir las nanopartículas y liberar hierro libre que puede reaccionar con el peróxido de hidrógeno para formar radicales libres, lo que produce efectos citotóxicos, mutagénicos y carcinogénicos. ^{[ 34 ]}